Silicium et Semi-Conducteurs
Imagerie Raman et microscopie dans les applications des semi-conducteurs
Evaluation des contraintes et des déformations du silicium
Dans les applications de semi-conducteurs, le silicium est choisi car il permet un contrôle précis des propriétés électriques et fonctionne bien avec des isolants comme le dioxyde de silicium et possède une excellente conductivité thermique.
Cependant, il est essentiel de déterminer la contrainte et la déformation dans le silicium pour garantir la fiabilité et les performances du dispositif. Dans cet exemple d'application, la spectroscopie Raman a été utilisée pour évaluer la contrainte et la déformation dans les matériaux en silicium.
L'imagerie Raman révèle la distribution des contraintes dans les cristaux de silicium, offrant des informations sur les défauts et les déformations. Lorsqu'une pression est exercée sur le silicium, sa structure se déforme, modifiant la fréquence de la lumière diffusée par Raman. Cette méthode mesure la contrainte et la déformation en analysant ces décalages de fréquence. La contrainte de compression augmente le décalage de fréquence, tandis que la contrainte de traction le diminue. La spectroscopie Raman mesure avec précision ces décalages, déterminant la contrainte et la déformation du matériau.
La figure (A) illustre un décalage de pic Raman, décrivant la distribution de contrainte sur un substrat de silicium à travers une échelle de couleurs. Elle révèle la variation de la position du pic de silicium entourant un film mince sur le substrat, analysé dans un plan spécifique. Les figures B et C montrent le décalage du pic de Si le long de la ligne de points. Le RAMANtouch peut déterminer la position du pic plus précisément que 0.1cm-1.
Observation Raman des joints de grains dans les couches minces de silicium
Les films minces de silicium cristallin sont formés par recuit de silicium amorphe, souvent par une méthode appelée RTA pulsée qui favorise la cristallisation dans tout le film. Cela améliore les propriétés électriques et optiques, cruciales pour les cellules solaires, les écrans et les capteurs. Une cristallisation complète est essentielle pour améliorer les propriétés électriques et optiques tout en réduisant la densité des défauts.
Le RAMANtouch a été utilisé pour déterminer la distribution du silicium cristallin et amorphe avant et après recuit, ainsi que pour analyser la distribution des joints de grains dans le film mince après recuit. De plus, une analyse de décalage de pic avec une haute précision a été mise en œuvre pour évaluer le degré de cristallisation, dans le but d'une compréhension complète du processus de cristallisation et de son impact sur les propriétés électriques et optiques du film mince.
La figure (A) montre la distribution du silicium cristallin et du silicium amorphe en microscopie optique et en imagerie Raman avant recuit. La figure (B) illustre la distribution des joints de grains dans le silicium en couche mince après recuit. Bien que la couche mince semble être uniformément cristallisée sous microscopie optique, l'utilisation de l'analyse de décalage de pic pour visualiser le décalage des positions de pic Raman du silicium montre que le processus de cristallisation n'est pas encore terminé. Le RAMANtouch fournit une analyse de décalage de pic de haute précision dépassant 0,1 cm-1, ce qui rend cette analyse possible.